Đồ án môn học thiết kế cầu và cống

Cấu tạo dầm ngangĐối với các loại cầu dầm, kể cả giản đơn và liên tục, ở hai đầu dầm nhất thiết phải có dầm ngang để đảm bảo ổn định ngang và tăng cường cho dải bản biên của mặt cầu,nếu

- Hoạt tải thiết kế: HL-93 [3.6.1.2]

Hoạt tải xe ôtô trên mặt cầu hay kết cấu phụ trợ được đặt tên là HL-93 gồm một tổhợp của xe tải thiết kế hoặc xe 2 trục thiết kế với tải trọng làn

+ Xe tải thiết kế (Truck)

Hình 1.1: Đặc trưng của xe tải thiết kế

Xe tải thiết kế gồm 3 trục với tải trọng và cự ly các trục như hình 1.1

Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.2: Xe tải thiết kế (Truck)+ Xe hai trục thiết kế (Tandem)

Xe hai trục thiết kế gồm 2 trục với tải trọng và cự ly các trục như hình 1.3

Sơ đồ cấu tạo:

9,3 kN/m

3,0 m

blàn = 3,75 m

Tải trọng làn thiết kế có giá trị 9,3 KN/m phân bố đều theo chiều dọc cầu, và rộng

3 m theo chiều ngang cầu Ứng lực của tải trọng làn không xét đến lực xung kích

Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.4: Tải trọng làn thiết kế (Lane)

- Tải trọng người (People) [3.6.1.3]

+ Khi chiều rộng lề ≥ 0,6m thì mới xét đến tải trọng người đi bộ Tải trọng người đi

bộ là áp lực phân bố trên hết diện tích lề với trị số 300 kg/m2 = 3.10-3 MPa

+ Cường độ chịu nén của bê tông: f c′ = 35 Mpa

+ Trọng lượng riêng của bê tông: γ = 24 KN/m3

- Cốt thép (chịu lực và cấu tạo):

+ Cường độ chảy quy định nhỏ nhất: fy = 400 MPa

Chương 2 CHỌN SƠ BỘ KẾT CẤU NHỊP

2.1 Chọn chiều dài, khổ cầu, tải trọng thiết kế

- Kết cấu nhịp giản đơn có chiều dài nhịp: Lnh = 20m

- Khoảng cách từ đầu dầm đến tim gối: a = 0,3m.

- Chiều dài tính toán nhịp: L = Lnh – 2a =20-2.0,3=19,4m .

2.2 Quy mô mặt cắt ngang cầu

Các kích thước cơ bản của mặt cắt ngang cầu:

2.3 Thiết kế tiết diện dầm chủ

- Mặt cắt: Dầm chủ là dầm chữ T bằng bê tông cốt thép thường

- Chiều cao dầm chủ:

Theo yêu cầu Tiêu chuẩn [Bảng 2.5.2.6.3-1]:

Theo kinh nghiệm:

- Số lượng dầm dọc trong MCN KCN là n = W/S (cái) Nên chọn S thế nào để n nguyên và S chỉ lẻ sau hai số thập phân (tính theo đơn vị m) Với tổng bề rộng cầu W

=11,5m ……, ta chọn 5 dầm chủ, với khoảng cách giữa các tim dầm chủ là S

=2,2m…………

- Chiều dày bản mặt cầu chính là chiều dày bản cánh:

+ Theo yêu cầu của Tiêu chuẩn thiết kế cầu thì chiều dày nhỏ nhất của bản mặtcầu chưa kể mài mòn là 175mm [9.7.1.1]

+ Chiều dày tối thiểu theo điều kiện chịu lực phụ thuộc vào nhịp bản S [Bảng

- Để tăng cường kháng cắt, sườn dầm được mở rộng ở trên gối như trên hình 2.3

Chiều dài đoạn mở rộng, theo kinh nghiệm, lấy Xmr = 1,5 m Chiều dài đoạn nối mở rộng Xn = 1,5 m.

2.4 Kích thước mặt cắt ngang dầm chủ

2.4.1 Đặc trưng hình học mặt cắt ngang giữa dầm

Dầm chữ T với các kích thước như sau:

+ Chiều cao vút cánh: hv2 = 0,1m

- Bề rộng hữu hiệu của bản cánh [4.6.2.6.1]: Để tính toán sức kháng và kiểm toánkhả năng chịu lực của tiết diện dầm dọc cầu, phải xác định bề rộng bản mặt cầu BTCTcùng tham gia làm việc với dầm dọc (bề rộng hữu hiệu hay có hiệu)

Bề rộng hữu hiệu của bản cánh đối với dầm trong có thể lấy trị số nhỏ nhất của:+ ¼ chiều dài nhịp tính toán = ……… 19,4 / 4 =4,85m + 12 lần độ dày trung bình của bản cộng với số lớn nhất của bề dày bản bụng dầmhoặc ½ bề rộng bản cánh trên của dầm:

Hình 2.1: Quy đổi tiết diện nguyên giai đoạn khai thác sang tiết diện tính toán.

Bảng 2.1: Các đại lượng và công thức quy đổi tiết diện nguyên dầm giai đoạn khai

thác sang tiết diện tính toán

Các đại lượng và công thức quy đổi tại giữa dầm Ký hiệu

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……… Lớp: XDD 53DH1…… 8

2.4.2 Cấu tạo dầm ngang

Đối với các loại cầu dầm, kể cả giản đơn và liên tục, ở hai đầu dầm nhất thiết phải

có dầm ngang để đảm bảo ổn định ngang và tăng cường cho dải bản biên của mặt cầu,nếu đặt dầm ngang trung gian thì ít nhất phải có một chiếc tại giữa nhịp, các dầm cònlại phân bố đều với khoảng cách 3000-8000mm Các dầm ngang trung gian làm chokết cấu làm việc không gian tốt hơn, phân bố tải trọng tốt hơn

Như vậy, ta bố trí dầm ngang tại các vị trí gối và các mặt cắt:

- Chiều dài dầm ngang (Ln) là khoảng cách tính từ tim hai sườn dầm của hai dầm dọc liền kề (Ln = S).

- Chiều rộng dầm ngang bn = 0,2 – 0,4 m Chọn bn = 0,3m.

- Chiều cao dầm ngang hn (tính từ đáy bản mặt cầu BTCT):

+ Tại mặt cắt gối, thường chọn chiều cao dầm ngang bằng chiều cao dầm chủ h trừ

đi chiều dày bản mặt cầu ts, để khi vận chuyển, lắp đặt ổn định hơn.

hn = h – ts =1,45-0,2=1,25m ……… =

+ Tại các mặt cắt khác: Các dầm ngang trung gian thì chiều cao khoảng 2/3 chiều

cao dầm chủ không tính chiều dày bản mặt cầu BTCT (ts) là đủ để phân bố tải trọng.

Chương 3 XÁC ĐỊNH TĨNH TẢI

3.1 Tĩnh tải rải đều lên một dầm chủ

Tĩnh tải bao gồm: Tĩnh tải giai đoạn I và tĩnh tải giai đoạn II

- Tĩnh tải giai đoạn I: Trọng lượng bản thân dầm chủ, trọng lượng bản bê tông mặtcầu, trọng lượng hệ liên kết ngang cầu

- Tĩnh tải giai đoạn II: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, trọng lượng lan can, gờ chắn(nếu có), trọng lượng lề người đi

Trọng lượng các bộ phận trên được tính cho 1m chiều dài 1 dầm chủ, do đó ta cóthể gọi là tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II rải đều

Tỷ trọng cho các cấu kiện lấy theo bảng 3.5.1.1, giả thiết tính tĩnh tải phân bố đềucho mỗi dầm, riêng lan can thì chỉ dầm biên chịu

3.1.1 Tĩnh tải rải đều của một dầm chủ

- Diện tích tiết diện đầu dầm: A’ = 1,19m

- Diện tích tiết diện giữa dầm: A0 = 0,79m

- Trọng lượng thể tích bê tông dầm chủ: γc = 24 kN/m3

- Trọng lượng của phần tiết diện đầu dầm (Đoạn có mở rộng):

Số hệ liên kết ngang theo phương ngang cầu: hệ.

Khoảng cách giữa các hệ liên kết ngang:

bn = 0,3 m; hn = ………

Số dầm ngang tại gối: …… dầm ngang

Kích thước của dầm ngang tại các mặt cắt khác:

bn = 0,3 m; hn = ………

Số dầm ngang tại các mặt cắt khác: …… dầm ngang

- Trọng lượng của 1 dầm ngang tại mặt cắt gối: DCng = .

- Trọng lượng của 1 dầm ngang tại các mặt cắt khác: DCngd = .

- Trọng lượng dầm ngang trên 1m dài 1 dầm chủ:

1 Tĩnh tải giai đoạn I: Là tĩnh tải tác dụng lên kết cấu nhịp khi chưa hình thành kết cấu chịu lực hoàn chỉnh (Trọng lượng bản thân dầm chủ, trọng lượng hệ liên kết ngang cầu, trọng lượng hệ liên kết dọc cầu, trọng lượng bản bê tông mặt cầu.

2 Tĩnh tải giai đoạn II: Trọng lượng lớp phủ mặt cầu, chân lan can, lan can, gờ chắn bánh, thiết bị an toàn và chiếu sáng trên cầu, … Đây là những tĩnh tải tác dụng lên kết cấu nhịp khi đã hình thành kết cấu chịu lực hoàn chỉnh.

qdn =

3.1.3 Tĩnh tải lan can (tính rải đều cho dầm biên)

- Lan can có kích thước như hình 3.1

- Trọng lượng rải đều của phần lan can thép:

3.1.4 Trọng lượng rải đều của lớp phủ mặt cầu

Bảng 3.1 Cấu tạo lớp phủ mặt cầu

Chiều dày Trọng lượng riêng (γ)

250180180

Hình 3.1 Kích thước lan can

Bảng 3.2 Bảng tổng hợp tĩnh tải rải đều

Trọng lượng rải đều của lớp phủ dầm trong qtrong ……… kN/m

3.2 Tĩnh tải rải đều lên dầm biên

- Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 1:

3.3 Tĩnh tải rải đều lên dầm trong

- Tĩnh tải tiêu chuẩn giai đoạn 1:

Tĩnh tải giai đoạn 1 DC γDC 1,25/0,9 1

- Hệ số xung kích (1 + IM) [Bảng 3.6.2.1-1]

+ Trạng thái giới hạn cường độ: 1 + IM = 1,25

+ Trạng thái giới hạn mỏi: 1 + IM = 1,15

- Hệ số điều chỉnh tải trọng η:

η - Hệ số liên quan đến tỉnh dẻo, tính dư và tầm quan trọng trong khai thác, được

xác định theo công thức [1.3.2]:

η = η1 ηD ηR ≥ 0,95

+ η1: Hệ số liên quan đến tầm quan trọng khai thác, η1 = 1,05.

+ ηD: Hệ số liên quan đến tính dẻo, ηD = 0,95.

+ ηR: Hệ số liên quan đến tính dư, ηR = 0,95.

Vậy: η = 0,95.

Chương 5 TÍNH TOÁN HỆ SỐ PHÂN BỐ NGANG

5.1 Theo phương pháp đòn bẩy

- Theo quy định của Bảng 4.6.2.2.2c-1 và Bảng 4.6.2.2.3b-1, hệ số phân bố ngangtính cho dầm dọc biên trong trường hợp 1 làn thiết kế chịu tải được xác định theo quytắc đòn bẩy

- Giả thiết và sơ đồ tính toán của phương pháp đòn bẩy: Giả thiết độ cứng của liênkết nói chung với nhau là nhỏ so với độ cứng dầm dọc chủ, có thể giả thiết kết cấungang là dầm đơn giản hoặc dầm hẫng gối chốt lên các dầm dọc chủ và bị cắt rời trêncác dầm dọc chủ đó (trừ dầm biên).

- Nguyên tắc tính toán:

+Khi đặt tải lên đoạn kết cấu ngang gối lên 2 dầm dọc chủ nào thì chỉ 2 dầm dọcchủ đó tham gia chịu lực theo nguyên tắc đòn bẩy nghĩa là theo nguyên tắc tính phảnlực gối của dầm giản đơn (là dầm ngang) Chính vì vậy, để xác định hệ số phân bốngang của dầm chủ nào cần vẽ đường ảnh hưởng phản lực gối của dầm ngang tựa trênnó

+ Đối với dầm chủ ở biên, đường ảnh hưởng có tung độ bằng 1 ở vị trí bên dướidầm đang xét, tung độ bằng 0 ở vị trí bên dưới dầm chủ bên cạnh và kéo dài cho phầnmút thừa, như vậy tương ứng dưới đầu mút thừa tung độ sẽ lớn hơn 1 (Hình 5.1)

- Công thức tính:

+ Với áp lực của bánh xe: g=(1/ 2) ∑y i

Trong đó: yi là tung độ đường ảnh hưởng ứng với trục bánh xe thứ i Hệ số (1/2) xét

đến hai hàng bánh xe

+ Với tải trọng phân bố đều: g =ω

Trong đó: ω là diện tích phần đường ảnh hưởng tương ứng bên dưới tải trọng phân

bố đều đang xét

5.1.1 Tính hệ số phân bố ngang đối với dầm biên

Hình 5.1: Sơ đồ tính toán theo phương pháp đòn bẩy

- Cần chú ý rằng:

+ Khi tính cho trường hợp xếp tải 1 làn, ta phải bổ sung thêm hệ số làn xe m = 1,2

kếp hợp với hệ số phân bố ngang [Bảng 3.6.1.1.2.1]

+ Ở phương pháp đòn bẩy, hệ số phân bố ngang khi tính momen và lực cắt là nhưnhau

- Tính hệ số phân bố ngang đối với xe tải và xe 2 trục thiết kế khi xếp trên 1 làn:

( 1 2)

1

2

trong đó: yi là tung độ đường ảnh hưởng ứng với trục bánh xe thứ i.

- Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng làn rải đều

3

3 2 lane

y

m

- Hệ số phân bố ngang đối với tải trọng người rải đều:

( 4 5)

1

2

g= y +y blề

y4, y5 là tung độ ĐAH tại vị trí mép ngoài và mép trong của ĐAH phản lực khi xếp tải trọng người; blề là bề rộng người đi bộ.

Bảng 5.1: Bảng kết quả tổng hợp hệ số phân bố ngang cho dầm biên

Xe tải thiết kế …………

Xe 2 trục thiết kế …………

Tải trọng người …………

Tải trọng làn thiết kế …………

5.1.2 Tính hệ số phân bố ngang của tải trọng người đối với dầm trong Đối với dầm trong thì ảnh hưởng của tải trọng người là không đáng kể Khi đó ta xếp tải trọng người lên cả 2 lề đi bộ và coi như tải trọng này phân bố đều cho các dầm chủ 2 / dam 2 / g= n = ……… =

với ndam là số dầm chủ; 2 là số làn đi bộ thiết kế.

Trong nội dung đồ án này, ta bỏ qua ảnh hưởng của tải trọng người đối với các dầm trong

5.2 Tính hệ số phân bố ngang đối với tải trọng HL-93

5.2.1 Điều kiện tính toán [4.6.2.2.1]

- Phương pháp tính hệ số phân bố ngang trong 22 TCN 272-05 chỉ áp dụng khi thỏa mãn các điều kiện sau:

+ Bề rộng mặt cầu không thay đổi trên suốt chiều dài nhịp

+ Số dầm chủ ≥ 4

+ Các dầm chủ song song với nhau và có độ cứng xấp xỉ nhau

+ Phần hẫng của đường xe chạy de ≤ 910 mm.

+ Mặt cắt ngang cầu phù hợp với quy định trong bảng 4.6.2.2.1.1

Bảng 5.2: Mặt cắt ngang KCN cầu dầm chữ T thông dụng [Bảng 4.6.2.2.1.1]

Dầm bê tông đúc tại chỗ hình

căng sau theo chiều ngang

Bê tông toànkhối

Mặt cắt chữ I hoặc chữ T béo

bê tông đúc sẵn

Bê tông đổ tạichỗ, bê tôngđúc sẵn

+ I, A: Momen quán tính và diện tích mặt cắt dầm chủ lấy theo dầm không liên hợp

(đối với dầm T chỉ tính cho phần sườn và bầu dầm)

+ eg: Khoảng cách từ trọng tâm các trọng tâm của dầm cơ bản (đối với dầm T, là

trọng tâm chung của phần sườn dầm và bầu dầm) và bản mặt cầu

Trong thiết kế sơ bộ có thể lấy: g3 1,0

- Trường hợp có 1 làn xếp tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy, ta có

= ……… = 5.2.4.2 Hệ số phân bố ngang lực cắt cho dầm biên [Bảng 4.6.2.2.3b-1]:

- Trường hợp có 1 làn chất tải: Tính theo nguyên tắc đòn bẩy, ta có

số làn xe m = 1,2.

5.3 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang

5.3.1 Bảng tổng hợp hệ số phân bố ngang đối với dầm biên

Bảng 5.3STT Số làn Hệ số phânbố ngang Ký hiệu Tải trọng

Vậy, hệ số phân bố ngang cho dầm biên đối với tải trọng HL-93 là:

1

4 Lực cắt gV ……… ……… ……… ………Vậy, hệ số phân bố ngang cho dầm trong đối với tải trọng HL-93 là:

Chương 6 TÍNH TOÁN NỘI LỰC DẦM CHỦ

Trong chương này, ta sẽ chỉ tính toán nội lực cho dầm trong

Tính toán nội lực tại các mặt cắt sau:

- Mặt cắt có momen lớn nhất: Mặt cắt giữa nhịp 0,5L.

- Mặt cắt có lực cắt lớn nhất: Mặt cắt tại gối

- Mặt cắt cách gối 0,1L; 0,2L; 0,3L; 0,4L.

6.1 Tính toán nội lực dầm trong

6.1.1 Tính toán nội lực do tĩnh tải

- Vẽ đường ảnh hưởng momen, đường ảnh hưởng lực cắt tại các mặt cắt tính toán:

Sinh viên: VŨ VĂN CẢNH……… Lớp: XDD 53DH1…… 20

ĐAH momen mặt cắt tại gối ĐAH lực cắt mặt cắt tại gối

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,1L ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,1L

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,2L ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,2L

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,3L ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,3L

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,4L ĐAH lực cắt tại m/c cách gối 0,4L

ĐAH momen tại m/c cách gối 0,5L

0, 4*0,6* L

0,5 * L

- Tính diện tích đường ảnh hưởng nội lực:

+ Diện tích đường ảnh hưởng momen tại mặt cắt cách tim gối 1 đoạn x được tính

theo công thức:

2

M

x L x

+ Diện tích đường ảnh hưởng lực cắt tại mặt cắt cách tim gối 1 đoạn x được tính

theo công thức:

( )2

2

V

L x

L

= ;

2 2 V x L ω− = và: ωV =ωV+−ωV− Bảng 6.1: Bảng kết quả tính diện tích đường ảnh hưởng nội lực tại các mặt cắt Nội lực Các đại lượng Diện tích đường ảnh hưởng L x L-x x(L-x)/L (L-x)/L x/L ωM ωV+ V ω− Tổng (m) (m) (m) M1

M2

M3

M4

M5

V0 0 1 0 0

V1 0,9 0,1

V2 0,8 0,2

V3 0,7 0,3

V4 0,6 0,4

V5 0,5 0,5 0 + Để tính toán nội lực do tĩnh tải, ta xếp tĩnh tải lên toàn bộ đường ảnh hưởng nội lực của dầm trong và xác định nội lực theo các công thức:

;

Trong đó:

DCtc, DWtc: Tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II tiêu chuẩn.

Mt tc , Mt tt: Momen uốn tiêu chuẩn và tính toán cho tĩnh tải

Vt tc , Vt tt: Lực cắt tiêu chuẩn và tính toán cho tĩnh tải

,

ω ω : Tổng diện tích đường ảnh hưởng của momen uốn và lực cắt.

γDC, γDW: Hệ số tải trọng cho tĩnh tải giai đoạn I và giai đoạn II.

Nội lực tiêu chuẩn(TTGHSD)

6.1.2 Tính toán nội lực do hoạt tải

6.1.2.1 Tính toán nội lực do tải trọng làn

- Để tính nội lực do tải trọng làn ta xếp tải trọng làn rải đều lên đường ảnh hưởngnội lực và tính toán nội lực

- Công thức tính toán nội lực do tải trọng làn

V V : Lực cắt tiêu chuẩn và lực cắt tính toán do tải trọng làn

+ gM, gv: Hệ số phân bố ngang của tải trọng làn đối với momen và lực cắt cho dầm

trong

+ γLL: Hệ số tải trọng của hoạt tải.

- Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng làn cho dầm trong:

Bảng 6.3: Bảng tổng hợp nội lực do tải trọng làn cho dầm trong

Chú ý: Tải trọng làn không xét đến hệ số xung kích.

6.1.2.2 Tính toán nội lực do xe tải thiết kế và xe 2 trục thiết kế

- Để tính nội lực do xe tải và xe 2 trục, ta xếp trực tiếp tải trọng lên đường ảnhhưởng theo sơ đồ bất lợi nhất và tính toán nội lực

- Sơ đồ tính của dầm chủ là dầm giản đơn nên khoảng cách giữa các trục xe của xetải thiết kế là 4,3 m

- Công thức tính toán nội lực do xe tải và xe 2 trục thiết kế:

+ gM, gV: Hệ số phân bố ngang của hoạt tải HL93 cho dầm trong.

+ (1 + IM): Hệ số xung kích của hoạt tải.

+ tc, tt

V V : Lực cắt tiêu chuẩn và lực cắt tính toán do hoạt tải HL93

a Tính momen tại các mặt cắt:

- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,1L:

Bảng 6.4: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,1L

Do hoạt tải tiêu chuẩn tc

- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,2L:

Bảng 6.5: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,2L

Do hoạt tải tiêu chuẩn tc

- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,3L:

Bảng 6.6: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,3L

Do hoạt tải tiêu chuẩn tc

- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,4L:

Bảng 6.7: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,4L

Do hoạt tải tiêu chuẩn tc

- Tính momen tại mặt cắt cách gối 0,5L:

Bảng 6.8: Bảng kết quả tính nội lực tại mặt cắt cách gối 0,5L

Do hoạt tải tiêu chuẩn tc